堿性燃料電池是該技術發展最快的一種電池,主要為空間任務,包括航天飛機提供動力和飲用水。使用的電解質為水溶液或穩定的氫氧化鉀基質,且電化學反應也與羥基(OH)從陰極移動到陽極與氫反應生成水和電子略有不同。這些電子是用來為外部電路提供能量,然後才回到陰極與氧和水反應生成更多的羥基離子。
陽極反應:2H2+4OH-→4H2O+4e-
陰極反應:O2+2H2O+4e-→4OH-
堿性燃料電池的工作溫度大約80℃。因此,它們的啟動也很快,但其電力密度卻比質子交換膜燃料電池的密度低10來倍,在汽車中使用顯得相當笨拙。不過,它們是燃料電池中生產成本最低的一種電池,因此可用於小型的固定發電裝置。如同質子交換膜燃料電池一樣,堿性燃料電池對能汙染催化劑的一氧化碳和其他雜質也非常銘感。此外,其原料不能含有一氧化碳,因為一氧化碳能與氫氧化鉀電解質反應生成碳酸鉀,降低電池的性能。